专利名称：一种水下机器人系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水下机器人系统，尤其涉及一种用于输水道井内检查的 水下机器人系统。
背景技术：
高压输水道是抽水蓄能电站枢纽重要的组成部分。通常以高山作为依托，开 挖修建成管道式竖井或斜井。高压输水道的内壁采用混凝土衬砌，使内壁平滑，减 少水力损失和外渗水量。高压输水道的内径一般为几米，其长度可以从几百米至上 千米。由于其昼夜不停的抽水蓄能和放水发电的高速循环使用，以及在蓄满水时须 承受几百米高水头的水压，因而钢筋混凝土材料受到水流的冲刷、高低压循环挤压 等情况容易造成衬体开裂和内壁剥蚀。长期运行还会导致这一现象的进一步恶化， 甚至造成管道的崩塌。
一旦出现这种情况，将会带来不可估量的经济损失。目前，中国尚没有对这种高压输水道内部状态进行科学检测的手段。华东天 荒坪抽水蓄能电站建成并运行十多年来，无法进行输水道内部状态检査。为了解输 水道内混凝土衬体的运行情况，电站曾试图采用人工手持高分辨率摄像机，在水道 水面一浮伐上进行摄像的办法进行检查。后考虑到检査人员的人身安全，放弃该检 查方法。如若改用放空输水道、用巻扬机牵引搭载多台高分辨率摄像机的自制小车 不载人进行检査，会由于水道内极大的湿度以及摄像机镜头被水气所遮挡，而无法 看清周围管道壁的情况。也曾计划用绳索系一小车载人检查的办法，在放空水道水 后进行检测，但经专家深入论证后，认为造价比较高而且安全性较差。放空水道导 致电站停产，间接损失大，予以否定。总的来说，目前没有一种对这种高压输水道 内部状态进行科学检测的有效手段。发明内容本实用新型的目的在于解决上述问题，提供了一种水下机器人系统，可以行
之有效的解决高压输水道内部状态的检测问题。本实用新型的技术方案为本实用新型揭示了一种水下机器人系统，包括 配电电源，为系统提供电力；光电一电光变换器，进行光信号和电信号的转换；光电复合电缆；水下机器人载体，包括电光一光电变换器，通过该光电复合电缆与该光电一电光变换器连接， 进行光信号和电信号的转换；水下电源装置，为该水下机器人载体提供电力； 至少一个推进器，为该水下机器人载体在水下的运动提供动力； 推进控制器，连接该些推进器，提供控制信号至该些推进器； 深度计，检测深度数据，以利于该水下机器人载体的运动控制； 光纤陀螺仪，输出该水下机器人载体的水平转动角度，以利于该水下机 器人载体的运动控制；水下摄像机，拍摄输水管道内壁破损状况的视频图像； 五分量声纳，输出输水管道的五分量声纳图像和测高数据； 激光尺度仪，在水平方向和垂直方向上分别给出一个标准参考尺度的亮 点，该亮点叠加在该水下摄像机摄制的视频图像上，以此作为度量参考； 水面显示、控制和数据处理分机，包括图像信息融合模块，将该五分量声纳的五分量声纳图像和该水下摄像机 所摄的视频图像进行信息融合和三维组合，给出输水道内变形度及破损整体状况的 定性和定量描述；叠加模块，将该深度计给出的深度数据、该光纤陀螺仪输出的转角数据 以及该五分量声纳输出的测高数据叠加在该五分量声纳图像和该视频图像上，确定 各图像对应的输水道具体部位；合成模块，在该水下机器人载体由浅入深的运动过程中，将该五分量声 纳图像和该视频图像合成为一个描述输水道内部变形度和破损整体状况的整体三 维图像。上述的水下机器人系统，其中，该激光尺度仪的内部安装有多个单激光器， 外部安装有支架和水密耐压仓。上述的水下机器人系统，其中，该激光尺度仪内部安装有四象限正交组合而 成的四个单激光器，该四个单激光器的中心是按照平行四边形的顶点来布置和固定的。上述的水下机器人系统，其中，该激光尺度仪的标准参考尺度为2cm。 上述的水下机器人系统，其中，该五分量声纳由五个单点测距声纳以正交方 式组合而成。上述的水下机器人系统，其中，该五分量声纳具有17。 X53°和3° X3。两 种探测波束角，有150KHz和800KHz两种信号频率。本实用新型对比现有技术有如下的有益效果本实用新型通过结合声纳系统、 水下机器人、水下探测、图像处理等多个领域的技术手段，制造了具有输水道状态 检测功能的水下机器人系统，对比现有技术，可在安全性得到保证的情况下进行输 水道状态的检测，而且较之现有技术在成本上也得到了极大的降低。
图1是本实用新型的水下机器人系统的原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。图1示出了本实用新型的水下机器人系统的原理结构。请参见图1,水下机器 人系统包括位于水上的水面显示、控制和数据处理分机l、配电电源2、光电一 电光变换器3、光电复合电缆4以及位于水下的水下机器人载体5。水下机器人载 体5又进一步包括电光一光电变换器6、水下电源装置7、水下摄像机8、激光 尺度仪9、五分量声纳10、光纤陀螺仪11、深度计12、推进控制器13以及多个推 进器14 19。配电电源2为整个水下机器人系统提供电力，电功率例如为3千瓦。光纤陀 螺仪11输出水下机器人载体5的水平转动角度，深度计12检测出深度数据。水下 机器人载体5根据水平转动角度和深度数据，在推进控制器13的控制下，通过推 进器14 19的作用，携带水下摄像机8、激光尺度仪9和五分量声纳10进行测量
工作。五分量声纳io获得输水管道的五分量声纳图像和测高数据，本实施例中的 五分量声纳由5个单点测距声纳以正交方式组合而成，并具有17。 X53°和3° X 3°两种探测波束角，且有150KHz和800KHz两种信号频率。五分量声纳10在水中 进行声探测，机器人载体5旋转即完成了输水道一个深度中一个圆周线的测量。水 下机器人载体5在每个深度重复上一个深度同样的动作，直至完成整个输水道内的 测量。水下摄像机8在水下机器人载体5的带动下拍摄出输水管道内壁破损状况的 视频图像。激光尺度仪9可在水平方向和垂直方向上分别给出一个标准参考尺度的 亮点，该亮点叠加在水下摄像机8摄制的视频图像上，以此作为度量参考。本实施 例中的激光尺度仪9的内部安装有以四象限正交组合而成的四个单激光器，这四个 单激光器的中心是按照平行四边形的顶点来布置固定的，激光尺度仪9的外部安装 有支架和水密耐压仓。当然，也可以用更多的单激光器组成具有更多尺度亮点的尺 度仪，但是需要提供更多的电源功率和更大体积的水密耐压仓。本实施例中的激光 尺度仪9的标准参考尺度为2cm。水面显示、控制和数据处理分机1进一步包括图像信息融合模块(未图示)、 叠加模块(未图示)、合成模块(未图示)。图像信息融合模块将五分量声纳10 的五分量声纳图像和水下摄像机8所摄的视频图像进行信息融合和三维组合，给出 输水道内变形度和破损整体状况的定性和定量描述。再由叠加模块将深度计12给 出的深度数据、光纤陀螺仪11输出的转角数据以及五分量声纳io输出的测高数据 叠加在五分量声纳图像和视频图像上，确定各图像对应的输水道具体部位。随着水 下机器人载体5由浅入深的运送，合成模块将五分量声纳图像和视频图像合成为一 个描述输水道内部变形度和破损整体状况的整体三维图像。其中整个输水道内部结 构的测量数据是由每个深度的二维圆周图像和三维立体图像可视化表现出来的。而 输水道壁裂缝尺度和凸凹深度等信息也可以由激光尺度仪9和五分量声纳10获得。上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本实用新型的，本领 域普通技术人员可在不脱离本实用新型的发明思想的情况下，对上述实施例做出种 种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合 权利要求书提到的创新性特征的最大范围。
权利要求1、一种水下机器人系统，其特征在于，包括配电电源，为系统提供电力；光电—电光变换器，进行光信号和电信号的转换；光电复合电缆；水下机器人载体，包括电光—光电变换器，通过该光电复合电缆与该光电—电光变换器连接，进行光信号和电信号的转换；水下电源装置，为该水下机器人载体提供电力；至少一个推进器，为该水下机器人载体在水下的运动提供动力；推进控制器，连接该些推进器，提供控制信号至该些推进器；深度计，检测深度数据，以利于该水下机器人载体的运动控制；光纤陀螺仪，输出该水下机器人载体的水平转动角度，以利于该水下机器人载体的运动控制；水下摄像机，拍摄输水管道内壁破损状况的视频图像；五分量声纳，输出输水管道的五分量声纳图像和测高数据；激光尺度仪，在水平方向和垂直方向上分别给出一个标准参考尺度的亮点，该亮点叠加在该水下摄像机摄制的视频图像上，以此作为度量参考；水面显示、控制和数据处理分机，包括图像信息融合模块，将该五分量声纳的五分量声纳图像和该水下摄像机所摄的视频图像进行信息融合和三维组合，给出输水道内变形度及破损整体状况的定性和定量描述；叠加模块，将该深度计给出的深度数据、该光纤陀螺仪输出的转角数据以及该五分量声纳输出的测高数据叠加在该五分量声纳图像和该视频图像上，确定各图像对应的输水道具体部位；合成模块，在该水下机器人载体由浅入深的运动过程中，将该五分量声纳图像和该视频图像合成为一个描述输水道内部变形度和破损整体状况的整体三维图像。
2、 根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于，该激光尺度仪的内 部安装有多个单激光器，外部安装有支架和水密耐压仓。
3、 根据权利要求2所述的水下机器人系统，其特征在于，该激光尺度仪内部 安装有四象限正交组合而成的四个单激光器，该四个单激光器的中心是按照平行四 边形的顶点来布置和固定的。
4、 根据权利要求2所述的水下机器人系统，其特征在于，该激光尺度仪的标 准参考尺度为2cm。
5、 根据权利要求1所述的水下机器人系统，其特征在于，该五分量声纳由五 个单点测距声纳以正交方式组合而成。
6、 根据权利要求5所述的水下机器人系统，其特征在于，该五分量声纳具有 17° X53°和3° X3。两种探测波束角，有150KHz和800KHz两种信号频率。
专利摘要本实用新型公开了一种水下机器人系统，可以行之有效的解决高压输水道内部状态的检测问题。其技术方案为系统包括配电电源、光电-电光变换器、光电复合电缆以及水下机器人载体以及水面显示、控制和数据处理分机。其中载体包括电光-光电变换器、水下电源装置、至少一个推进器、推进控制器、深度计、光纤陀螺仪、水下摄像机、五分量声纳、激光尺度仪。水面显示、控制和数据处理分机包括、图像信息融合模块、叠加模块、合成模块。本实用新型应用于输水道状态检测的领域。
文档编号F16L55/32GK201215225SQ20082005780
公开日2009年4月1日 申请日期2008年4月28日 优先权日2008年4月28日
发明者包建新, 吴宏炜, 周民权, 孙晶华, 岩 安, 张晓峻, 桑恩方, 华 王, 袁连喜, 黄小应 申请人:华东电网有限公司;华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司;哈尔滨长城水下高技术有限公司